
Στις 4 Ιουλίου του 2012 δύο ανεξάρτητα πειράματα στον LHC (Large Hadron Collider, στα ελληνικά Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων) του ευρωπαϊκού κέντρου πυρηνικών ερευνών CERN της Γενεύης, ανακοίνωσαν την ανακάλυψη ενός νέου σωματιδίου με μάζα στην περιοχή των 125 GeV (το GeV είναι μονάδα μέτρησης μάζας που χρησιμοποιείται στην σωματιδιακή φυσική). Το νέο έφτασε ταχύτατα στις εφημερίδες διεθνώς, γιατί ήταν ένα πολύ σημαντικό γεγονός για τη σωματιδιακή φυσική. Από πού, όμως, ξεκίνησε όλο αυτό;
Περίπου 50 χρόνια νωρίτερα, στις αρχές της δεκαετίας του 1970, οι θεωρητικοί φυσικοί διαπίστωσαν ότι υπάρχει μια ιδιαίτερη σχέση μεταξύ δύο θεμελιωδών δυνάμεων – της Ασθενούς Πυρηνικής Δύναμης και του Ηλεκτρομαγνητισμού.
Η ενοποιημένη αυτή θεωρία, που περιγράφει τον ηλεκτρισμό, τον μαγνητισμό, το φως και κάποιες μορφές ραδιενέργειας μέσα στο ίδιο θεωρητικό πλαίσιο, προβλέπει ότι όλοι οι φορείς των αλληλεπιδράσεων (δυνάμεων) δεν έχουν μάζα. Στην περίπτωση του Ηλεκτρομαγνητισμού, ο φορέας είναι το φωτόνιο το οποίο όντως δεν έχει μάζα. Ωστόσο, στην περίπτωση της Ασθενής Πυρηνικής Δύναμης, οι φορείς είναι τα μποζόνια W και Ζ, τα οποία είναι γνωστό ότι έχουν μάζα, και μάλιστα έως και 100 φορές αυτή του πρωτονίου. Το πρόβλημα αυτό προσπάθησαν να λύσουν τρεις φυσικοί: ο Πίτερ Χιγκς, ο Ρόμπερτ Μπρουτ και ο Φρανσουά Ενγκλέρ. Στην πρότασή τους υπέθεταν την ύπαρξη ενός αόρατου πεδίου, γνωστό πλέον ως πεδίο Χιγκς, με το οποίο τα σωματίδια W και Ζ αλληλεπιδρούν για να αποκτήσουν μάζα. [1]
Το πεδίο Χιγκς συνοδεύεται από το μποζόνιο Χιγκς, αυτό που τα μέσα μαζικής ενημέρωσης αποκαλούν «Σωματίδιο του Θεού».
Το μποζόνιο του Χιγκς, εκτός του ότι έλυνε το πρόβλημα με τις μάζες των W και Z, έλυνε και ένα άλλο πρόβλημα. Σύμφωνα με τις μαθηματικές συμμετρίες του Καθιερωμένου Προτύπου (Standard Model) της σωματιδιακής φυσικής, όλα τα φερμιόνια, όπως για παράδειγμα το ηλεκτρόνιο, πρέπει να έχουν μηδενική μάζα. Αντιθέτως όμως, σωματίδια όπως το ηλεκτρόνιο και το μιόνιο, έχουν μάζα. Με την εισαγωγή του σωματιδίου Χιγκς, γίνεται κάτι που ονομάζεται θραύση συμμετρίας (symmetry breaking) το οποίο έχει ως αποτέλεσμα την αλληλεπίδραση των φερμιονίων με το σωματίδιο Χιγκς. Μέσω αυτής της αλληλεπίδρασης τα σωματίδια αυτά αποκτούν την επιθυμητή τους μάζα. [2]
Εικόνα 2: Το Καθιερωμένο Πρότυπο της Σωματιδιακής Φυσικής.
Έτσι, στις 8 Οκτωβρίου του 2013, οι Φρανσουά Ενγκλέρ και Πίτερ Χιγκς βραβεύτηκαν με το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής «για τη θεωρητική ανακάλυψη ενός μηχανισμού που συμβάλλει στην κατανόηση της προέλευσης της μάζας των υποατομικών σωματιδίων, και η οποία επιβεβαιώθηκε πρόσφατα από την ανακάλυψη του προβλεπόμενου στοιχειώδους σωματιδίου στα πειράματα ATLAS και CMS του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων του CERN». [3]
Όσον αφορά το όνομα, γιατί είναι γνωστό ως το «σωματίδιο του Θεού»;
Αν συνομιλείτε με κάποιον φυσικό για το μποζόνιο Χιγκς, ότι κι αν κάνετε, μην το αποκαλέσετε το «σωματίδιο του Θεού». Αυτό το ψευδώνυμο δυσαρεστεί την πλειονότητα των φυσικών, ακόμη και τον ίδιο τον Χιγκς.
Το όνομα ξεκίνησε από ένα βιβλίο του Λέον Μαξ Λέντερμαν, με τίτλο «Το σωματίδιο του Θεού: Αν το Σύμπαν είναι η απάντηση, τότε ποια είναι η ερώτηση;», για το σωματίδιο και την ιστορία πίσω από αυτό. Στο βιβλίο του εξηγεί ότι ο τίτλος που ήθελε να δώσει ο ίδιος ο Λέντερμαν ήταν «The Goddamn Particle» (στα ελληνικά «το αναθεματισμένο σωματίδιο») επειδή επί μισό αιώνα ήταν αδύνατον να εντοπιστεί. Ο εκδότης, όμως, του βιβλίου, έκοψε το δεύτερο συνθετικό της πρώτη λέξης (Goddamn=αναθεματισμένος) αφήνοντας μόνο του το πρώτο συνθετικό (God=Θεός). Η φράση διαδόθηκε αμέσως στα μέσα μαζικής ενημέρωσης: ο τίτλος «Ανακαλύφθηκε το σωματίδιο του Θεού» σίγουρα προκαλεί περισσότερο το ενδιαφέρον από τον ακριβέστερο τίτλο «Ανακαλύφθηκε το μποζόνιο του Χιγκς». Έτσι, το όνομα παρέμεινε.
Οπότε, την επομένη φορά που κάποιος αποκαλέσει το μποζόνιο του Χιγκς έτσι, διορθώστε τον.
[2] M. E. Peskin, D. V. Schroeder. An Introduction to Quantum Field Theory. CRC Press, 2018.
[3]https://www.tovima.gr/2013/10/08/science/nompel-fysikis-gia-to-mpozonio-toy-xigks/
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Higgs_boson.
[5] https://www.businessinsider.com.au/why-the-higgs-is-called-the-god-particle-2015-5.
[6] L. M. Lederman, D. Teresi. The God Particle: If the Universe is the Answer, what is the Question?. Houghton Mifflin Company, 1993.
Φωτογραφικές πηγές:
Εικόνα Κεφαλίδας: https://cds.cern.ch/record/2254952?ln=en, Brice Maximilien / CERN
Εικόνα 1: http://cdsweb.cern.ch/record/628469, Lucas Taylor / CERN.
Εικόνα 2: https://www.kathimerinifysiki.gr/2018/09/apo-ti-einai-ftiagmeno-to-sympan.html , Kathimerinifysiki
Πληροφορίες συντάκτη:
Φώτιος Ιωάννης Γιασεμής
Ο Φώτης μεγάλωσε στην Αγία Άννα της Βόρειας Εύβοιας. Στο τέλος του γυμνασίου μαγεύτηκε από τα Μαθηματικά, τη Φυσική και την Αστρονομία. Το ταξίδι που κέρδισε στο Spacecamp της NASA, επειδή βγήκε πρώτος στον Πανελλήνιο διαγωνισμό Αστρονομίας του 2013, ήταν ένα κίνητρο να συνεχίσει αυτό που αγαπάει. Το 2015 έγινε δεκτός στο πανεπιστήμιο της Οξφόρδης όπου και σπουδάζει Φυσική.